Download 1.- Un haz de protones (q = 1,6.10 C) se desplaza a 3.10 m/s a

Universidad Nacional de Salta
Facultad de Ciencias Exactas
Física 2 - 2008
Primer cuatrimestre
Trabajo Práctico N° 7
Tema: Campo magnético y fuerzas magnéticas
1.- Un haz de protones (q = 1,6.10-19 C) se desplaza a 3.105 m/s a través de un campo magnético uniforme con
una magnitud de 2 T, dirigido a lo largo del eje de las z positivo (fig.1) La velocidad de cada protón yace en el
plano xz formando un ángulo de 30º respecto al eje de las +z. Hallar la fuerza que se ejerce sobre un protón.
Fig. 1
Fig. 2
Fig. 3
2.- La figura 2 muestra una vista en perspectiva de una superficie plana con un área de 3 cm2 en un campo
magnético uniforme. Si el flujo magnético a través de esta área es de 0,90 mWb, calcular la magnitud del campo
magnético y hallar la dirección del vector de área.
3.- Un magnetrón de un horno de microondas emite ondas electromagnéticas de frecuencia f = 2450 MHz. ¿Qué
intensidad de campo magnético se requiere para que los electrones se trasladen en trayectorias circulares con
esta frecuencia?
4.- En una situación como la que se muestra en la figura 3, la partícula con carga es un protón (q = 1,60 . 10-19
C, m = 1,67 . 10-27 kg) y el campo magnético uniforme está dirigido a lo largo del eje de las x, y tiene una
magnitud de 0,500 T. Sólo la fuerza magnética actúa sobre el protón. En t = 0 el protón tiene las componentes
de velocidad vx = 1,50 . 105 m/s, vy = 0 y vz = 2 . 105 m/s. a) En t = 0, hallar la fuerza sobre el protón y su
aceleración. b) Encontrar el radio de la trayectoria helicoidal, la rapidez angular del protón y el avance de la
hélice (la distancia recorrida a lo largo del eje de la hélice por cada revolución)
5.- Usted se propone reproducir el experimento de e/m de Thomson con un potencial de aceleración de 150 V y
un campo eléctrico deflector cuya magnitud es de 6 . 106 N/C. a) ¿A qué fracción de la rapidez de la luz se
trasladan los electrones? b) ¿De qué magnitud es el campo magnético que necesita? c) Con este campo
magnético, ¿qué le ocurrirá al haz de electrones si usted aumenta el potencial de aceleración a más de 150 V?
6.- Casi no hay helio en el aire ordinario; por tanto, el helio rociado
cerca de una fuga de un sistema de vacío aparecerá de inmediato en la
salida de una bomba de vacío conectada a un sistema de este tipo.
Usted se propone proyectar un detector de fugas basado en un
espectrómetro de masas para detectar iones He+ (carga + e = + 1,60 .
10 -19 C, masa 6,65 . 10 -27 kg). Los iones emergen del selector de
velocidad con una rapidez de 1 . 105 m/s. Un campo magnético B’ los
obliga a seguir una trayectoria semicircular, y son detectados a una
distancia de 10,16 cm de la ranura S3 de la figura 4. Calcular la
magnitud del campo magnético B’.
Fig. 4
7.- Una barra recta horizontal de cobre transporta una corriente de 50 A de oeste a este en una región
comprendida entre los polos de un gran electroimán. En esta región hay un campo magnético horizontal hacia el
noreste (es decir, al 45º al norte del este) cuya magnitud es de 1,20 T, como se muestra en la vista aérea de la
figura 5. a) Encontrar la magnitud y dirección de la fuerza sobre una sección de 1 m de la barra. b) Conservando
la barra en posición horizontal, ¿cómo se debe orientar para que la magnitud de la fuerza sea máxima? ¿Cuál es
la magnitud de la fuerza en este caso?
Fig. 5
Fig. 6
ρ
8.- En la figura 6 el campo magnético B es uniforme y perpendicular al plano de la figura, y apunta hacia
afuera. El conductor tiene un segmento recto de longitud L perpendicular al plano de la figura a la derecha, con
ρ
la corriente opuesta a B ; seguido de un semicírculo de radio R; y finalmente otro segmento recto de longitud L
paralelo al eje x, como se muestra. El conductor transporta una corriente I. Proporcionar la fuerza magnética
total sobre estos tres segmentos de alambre.
Fig. 7
Fig. 8
9.- Una bobina circular de 0,05 m de radio, con 30 espiras de alambre, yace en un plano horizontal. (Figura 7)
Conduce una corriente de 5 A en sentido contrario a las manecillas del reloj vista desde arriba. La bobina está en
un campo magnético uniforme dirigido hacia la derecha y cuya magnitud es de 1,20 T. Hallar las magnitudes
del momento magnético y del momento de torsión sobre la bobina.
10.- Si la bobina del problema 9 gira respecto a su posición original a una posición donde su momento
ρ
magnético es paralelo a B , ¿cuál es el cambio de energía potencial?
11.- ¿Qué fuerzas verticales aplicadas a los bordes izquierdo y derecho de la bobina de la figura 7 se
necesitarían para mantenerla en equilibrio en su posición inicial?
12.- Un motor de cc con su rotor y sus bobinas de campo conectados en serie tiene una resistencia interna de 2
Ω. Cuando trabaja con carga completa conectado a una línea de 120 V, toma una corriente de 4 A. a) ¿Cuál es la
fem en el rotor? b) ¿Cuál es la potencia entregada al motor? c) ¿En qué proporción se disipa energía en la
resistencia del rotor? d) ¿Cuál es la potencia mecánica desarrollada? e) ¿Cuál es la eficiencia del motor? f)
¿Qué sucede si la máquina que el motor impulsa se atasca y el rotor deja de girar repentinamente?
13.- Se coloca una placa de cobre de 2 mm de espesor y 1,5 cm de ancho en un campo magnético uniforme
cuya magnitud es de 0,4 T. (Fig. 8) Cuando fluye una corriente de 75 A en la dirección + x, una medición
cuidadosa del potencial en la parte inferior de la placa indica que es 0,81 µV más grande que en la parte
superior. Con base en esta medición, hallar la concentración de electrones móviles en el cobre. (Efecto Hall).